基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教程

前言

物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化的最一般規(guī)律和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的自然科學(xué)學(xué)科，它是以實(shí)驗(yàn)為本的科學(xué)?？v觀物理學(xué)的發(fā)展史，理論物理學(xué)家的杰出貢獻(xiàn)固然起了非常重要的作用，但是幾乎所有新物理理論的提出依據(jù)或初創(chuàng)基礎(chǔ)是物理現(xiàn)象的觀測(cè)或?qū)嶒?yàn)研究的成果，多數(shù)物理假說(shuō)或理論模型都是在實(shí)驗(yàn)證明之后才得以發(fā)展成完整嚴(yán)密的理論體系的，不少理論是通過(guò)其預(yù)言或推論的重要實(shí)驗(yàn)來(lái)充分展示其價(jià)值與重要性的。許多新應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的開(kāi)拓都源于實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的重大進(jìn)展。因此可以說(shuō)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)是物理學(xué)的最重要的分支。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科教育的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程，要使學(xué)生學(xué)到物理實(shí)驗(yàn)最基本的知識(shí)和技能，增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力，掌握實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)據(jù)處理的基本方法，受到科學(xué)精神與科學(xué)思維方法的熏陶，為從事自然科學(xué)和工程技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究打下初步的基礎(chǔ)。百年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者中，大多數(shù)是以其實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的突出成就而獲殊榮的。丁肇中教授在頒獎(jiǎng)宴會(huì)上的中文演說(shuō)中，針對(duì)中國(guó)古代輕視實(shí)踐的儒家傳統(tǒng)思想強(qiáng)調(diào)說(shuō)“自然科學(xué)理論不能離開(kāi)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，特別是物理學(xué)是從實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的?！蚁Ｍ捎谖疫@次得獎(jiǎng)，能夠喚起發(fā)展中國(guó)家的學(xué)生們的興趣，從而注意實(shí)驗(yàn)工作的重要性?！苯陙?lái)我國(guó)的高校教學(xué)中，大學(xué)物理特別是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)條件得到了普遍改善，物理實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也得到越來(lái)越普遍的重視。工作在物理教學(xué)第一線的教師們?cè)谕晟茖?shí)驗(yàn)課程、更新教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)模式、提高教學(xué)效益等方面付出了辛勤勞動(dòng)，進(jìn)行了許多實(shí)踐，取得了豐富經(jīng)驗(yàn)。清華大學(xué)物理系歷來(lái)十分重視實(shí)驗(yàn)研究與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。首任系主任葉企蓀教授就是一位杰出的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。葉先生等在1921年發(fā)表的用x射線衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)得的普朗克常量曾被國(guó)際上沿用達(dá)16年之久。他親自為物理實(shí)驗(yàn)寫(xiě)教材、作序言，針對(duì)我國(guó)當(dāng)時(shí)普遍存在的物理教學(xué)中實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練少之缺憾，強(qiáng)調(diào)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理系學(xué)生培養(yǎng)的重要性。對(duì)于當(dāng)年象李政道這樣的理論天賦很好的學(xué)生，葉先生同意他可以免修一些理論課，但不能免修實(shí)驗(yàn)課，足見(jiàn)其對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)之重視。在葉先生等老一輩物理學(xué)家的倡導(dǎo)下，抗戰(zhàn)勝利后清華物理系的教學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)具有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模。

內(nèi)容概要

　　《普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材：基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教程（物理測(cè)量的數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）》是普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材．作者力圖建立以多選擇性、多層次性研究型組合（系列）實(shí)驗(yàn)為主的教材框架，以適用于中型研究型組合實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)模式．該教材的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇力求充分利用現(xiàn)有教學(xué)資源，對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行改造和重組；增強(qiáng)每個(gè)組合實(shí)驗(yàn)的研究型層次和設(shè)計(jì)型層次，使得不同層次的學(xué)生都能有很好的收獲?！镀胀ǜ叩冉逃笆濉眹?guó)家級(jí)規(guī)劃教材：基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教程（物理測(cè)量的數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）》也突出考慮了開(kāi)放式教學(xué)的需要，力圖體現(xiàn)開(kāi)放式教學(xué)的特點(diǎn)?！　　痘A(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教程物理測(cè)量的數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)》內(nèi)容為測(cè)量實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理與設(shè)計(jì)，主要包括物理量測(cè)量的單位與標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量誤差與不確定度估計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效位數(shù)與修約、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖示法、直線擬合方法、誤差理論的“物理思想要點(diǎn)”、粗差和異常值的判定方法、多元回歸分析提綱、系統(tǒng)誤差分析提綱、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)的基本概念與思路、物理測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)概要和不確定度表示體系的進(jìn)展與兩類(lèi)方法共12章．全書(shū)內(nèi)容豐富、表述簡(jiǎn)潔、思路清晰準(zhǔn)確、方法簡(jiǎn)明實(shí)用。　　《基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教程》主要用作物理專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程的教材，也可作為非物理專(zhuān)業(yè)的普通物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)參考書(shū)，亦可供計(jì)量學(xué)各相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生與工作人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章 物理量測(cè)量的單位與標(biāo)準(zhǔn)1.1 量和物理量1.2 單位與國(guó)際單位制1.3 測(cè)量結(jié)果的表示及測(cè)量的四要素1.4 量和單位1993年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與1986年標(biāo)準(zhǔn)相比的主要變動(dòng)表第2章 測(cè)量誤差與不確定度估計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)2.1 誤差的定義、分類(lèi)及簡(jiǎn)要處理方法2.2 直接測(cè)量結(jié)果的不確定度估計(jì)2.3 間接測(cè)量結(jié)果的不確定度合成2.4 計(jì)量器具測(cè)量誤差的初步介紹2.5 誤差理論的部分?jǐn)?shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)2.6 附錄第3章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效位數(shù)與修約3.1 有效位數(shù)的概念3.2 修約間隔和修約規(guī)則3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效位數(shù)確定3.4 數(shù)值修約意義的補(bǔ)充說(shuō)明3.5 不確定度決定修約間隔的證明與應(yīng)用3.6 回歸系數(shù)的有效位數(shù)第4章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖示法4.1 圖示法概述4.2 作圖坐標(biāo)分度值的選取4.3 兩變量關(guān)系圖的手工作圖步驟第5章 直線擬合方5.1 最小二乘法直線擬合5.2 直線擬合的結(jié)果表示和參量的置信區(qū)間5.3 直線擬合的質(zhì)量判斷5.4 過(guò)原點(diǎn)的直線擬合5.5 加權(quán)平均5.6 加權(quán)直線擬合5.7 直線擬合的其它方法5.8 變量z有誤差的情形第6章 誤差理論的“物理思想”要點(diǎn)6.1 誤差理論和不確定度表示體系的學(xué)習(xí)難點(diǎn)6.2 誤差理論的“物理思想”要點(diǎn)6.3 我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中的基本要求簡(jiǎn)介6.4 誤差理論教學(xué)中要注意的幾個(gè)主從關(guān)系第7章 粗差與異常值的判定方法7.1 粗差成因和淺析7.2 從技術(shù)上、物理上的考慮判定粗差7.3 粗差的統(tǒng)計(jì)學(xué)判定方法7.4 作圖判斷法7.5 由儀器誤差限、標(biāo)準(zhǔn)差或不確定度估值來(lái)判斷7.6 回歸(擬合)中的粗差判斷舉例7.7 誤差的客觀性與數(shù)據(jù)的分散性第8章 多元回歸分析提綱8.1 回歸分析簡(jiǎn)介8.2 多元線性回歸8.3 EXCEL中的回歸方法8.4 回歸問(wèn)題求解與質(zhì)量判斷的方法舉例第9章 系統(tǒng)誤差分析提綱9.1 系統(tǒng)誤差分析的重要性9.2 系統(tǒng)誤差的主要特征與分類(lèi)9.3 系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn)方法9.4 系統(tǒng)誤差的減消方法9.5 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中分析、發(fā)現(xiàn)和減消系差的實(shí)例第10章 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)的基本概念與思路10.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介10.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)概述10.3 正交表及其應(yīng)用10.4 多元回歸的正交設(shè)計(jì)10.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)的典型問(wèn)題舉例——稱(chēng)重設(shè)計(jì)第11章 物理測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)概要11.1 明確測(cè)量實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)和測(cè)量對(duì)象11.2 研究、比較和選擇測(cè)量原理與測(cè)量方法11.3 測(cè)量設(shè)備的選擇考慮11.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的參量選擇11.5 數(shù)據(jù)處理方案的選擇與比較第12章 不確定度表示體系的進(jìn)展與兩類(lèi)方法12.1 不確定度表示體系的建立過(guò)程12.2 兩類(lèi)不確定度的表示和綜合方法12.3 對(duì)指南的問(wèn)題簡(jiǎn)析附錄常用因子、臨界值與參數(shù)的計(jì)算公式參考文獻(xiàn)關(guān)鍵詞索引后記

章節(jié)摘錄

插圖：

后記

本書(shū)單獨(dú)出版，主要考慮內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，通用性稍強(qiáng)，也可供其它實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)與測(cè)量工作者參考。不追求嚴(yán)格的系統(tǒng)性與完整性，嘗試建立物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析教材的新架構(gòu)，是本書(shū)寫(xiě)作的出發(fā)點(diǎn)之一。由于低年級(jí)學(xué)生未學(xué)過(guò)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)，還由于學(xué)時(shí)的限制，在以實(shí)踐為主的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程中，須部分放棄數(shù)據(jù)處理理論體系的完整性、嚴(yán)密性要求，不作嚴(yán)格的系統(tǒng)性、漸進(jìn)性論述，使教材內(nèi)容有一定的非完整性和跳躍。書(shū)中有五章是以“概要、提綱、思路、要點(diǎn)”的形式寫(xiě)出的，一方面因?yàn)檫@些章的研究對(duì)象本身大多是一門(mén)內(nèi)容豐富的學(xué)問(wèn)，只能舉綱擇要而論；另一方面是為在有限的篇幅中包容更多的對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有用的內(nèi)容與經(jīng)驗(yàn)性方法。我們要求學(xué)生必須掌握如表6。3所示的一些最基本的概念與方法，基本搞清楚誤差理論的要點(diǎn)與結(jié)構(gòu)思路（如6。2節(jié)與圖6。1所示），學(xué)習(xí)直線擬合、多元回歸、系差分析、粗差判斷方面的主要概念并初步學(xué)會(huì)運(yùn)用（或套用）其中的一些計(jì)算處理方法。本書(shū)闡述了實(shí)驗(yàn)（試驗(yàn)）設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，篇幅約占全書(shū)的1／4，希望學(xué)生不僅學(xué)會(huì)被動(dòng)地處理數(shù)據(jù)，而且開(kāi)始學(xué)習(xí)主動(dòng)運(yùn)用知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)作初步的指導(dǎo)與設(shè)計(jì)，為從教學(xué)實(shí)驗(yàn)向科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)過(guò)渡打下初步基礎(chǔ)。考慮教程的實(shí)用性是寫(xiě)作的出發(fā)點(diǎn)之二。書(shū)中對(duì)大多數(shù)理論和方法都未作嚴(yán)格的證明，將一些主要的證明或推導(dǎo)思路放在了2。5節(jié)和第6章 ，對(duì)多數(shù)方法、論點(diǎn)標(biāo)注出了備查的參考文獻(xiàn)。書(shū)中用142個(gè)實(shí)例作為理論方法的說(shuō)明或應(yīng)用舉例，以便于同學(xué)理解教材、掌握要點(diǎn)。在第7章 與第9章 中比較、綜述了多種判據(jù)及分析方法，以使內(nèi)容較完整，便于在實(shí)際中選用合適的方法。力圖歸納、小結(jié)教學(xué)研究與計(jì)量學(xué)課題研究的一些體會(huì)是出發(fā)點(diǎn)之三。在部分章節(jié)中寫(xiě)進(jìn)了一些新的方法和論點(diǎn)；對(duì)少數(shù)常用法則（如不確定度修約間隔確定）作了某些證明、補(bǔ)充或修正；對(duì)教學(xué)中個(gè)別有影響的不當(dāng)論點(diǎn)作了剖析；創(chuàng)建了用以替代常用統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)表的一系列近似公式。在計(jì)算機(jī)已普及后，這些近似公式既便于實(shí)際計(jì)算，又減小了教材篇幅。書(shū)中約有l(wèi)／5的楷體字的內(nèi)容基本不用于對(duì)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，而是為幫助實(shí)驗(yàn)物理教師備課、供計(jì)量相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生或測(cè)量工作者參考而寫(xiě)的。

編輯推薦

《基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教程(物理測(cè)量的數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì))》由高等教育出版社出版。

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